Paleontologen hebben een nieuw geslacht en soort algen geïdentificeerd, Protocodium sinense genaamd, die ouder is dan de oorsprong van landplanten en moderne dieren en nieuw inzicht geeft in de vroege diversificatie van het plantenrijk.

Dit 541 miljoen jaar oude fossiel, ontdekt op een locatie in China, is de eerste en oudste groene alg uit dit tijdperk die in drie dimensies is bewaard, waardoor de onderzoekers de interne structuur kunnen onderzoeken en het nieuwe exemplaar met ongekende nauwkeurigheid kunnen identificeren. De studie is vandaag gepubliceerd in BMC Biology , een venster openend naar een wereld van evolutionaire puzzels die wetenschappers net beginnen te ontrafelen.

"Protocodium behoort tot een bekende lijn van groene algen en heeft een verrassend moderne architectuur, wat aantoont dat deze algen al goed gediversifieerd waren vóór het einde van de Ediacaran-periode", zegt co-auteur Cédric Aria, postdoctoraal fellow bij de afdeling Ecologie &Evolutionaire Biologie aan de Faculteit der Kunsten en Wetenschappen van de Universiteit van Toronto en gevestigd in het Royal Ontario Museum (ROM). "De ontdekking raakt de oorsprong van het hele plantenrijk en geeft een bekende naam aan de organismen die meer dan een half miljard jaar geleden aan de Cambrische explosie voorafgingen, toen 's werelds eerste moderne ecosystemen ontstonden."

De nieuw ontdekte Protocodium-fossielen werden gevonden door een team onder leiding van Hong Hua, hoogleraar geologie, en inclusief Shu Chai, postdoctoraal onderzoeker, beide van de Northwest University, Xi'an, China. Het maakt deel uit van de Gaojiashan-biota, de naam die is gegeven aan een aanzienlijke groep uitzonderlijk goed bewaarde fossielen, in de Dengying-formatie in de zuidelijke provincie Shaanxi. In de afgelopen 20 jaar heeft deze geologische formatie belangrijke fossiele soorten opgeleverd die het einde van de Ediacaran-periode 541 miljoen jaar geleden documenteren.

Organismen en hun delen die oorspronkelijk geen mineralen opnemen - in tegenstelling tot schelpen of botten - vereisen uitzonderlijke omstandigheden om te worden bewaard. In dit geval zijn de hele fossielen en hun fijne cellulaire details in drie dimensies bewaard gebleven door de vervanging van het oorspronkelijke organische materiaal door fosfaat. Dankzij deze manier van conserveren konden de onderzoekers verschillende elektronen- en röntgenmicroscopietechnieken gebruiken om het fossiel virtueel te snijden, de interne structuur met precisie te onthullen en het uiteindelijk te identificeren als een naaste verwant van de moderne Codium-alg, een soort zeewier.

Protocodium-fossielen zijn kleine bolletjes van een halve millimeter breed, als grote stuifmeelkorrels, bedekt door een groot aantal kleinere koepels. Dankzij het 3D-onderzoek hebben de onderzoekers vastgesteld dat het koepelvormige oppervlak deel uitmaakt van een complexe, enkele cel die dunne strengen bevat die sifons worden genoemd. Deze morfologie is typerend voor bepaalde moderne eencellige zeewieren die veel kernen bevatten.

De ontdekking van Protocodium zou voorzichtigheid oproepen bij het identificeren van generieke bolvormige Ediacaran-fossielen, en kan impliceren dat organismen zoals Codium in feite veel ouder en wijdverbreid zijn. De beroemde fossiele embryo's van Doushantuo, ook uit China en bewaard in 3D, stonden centraal in debatten over de diepe oorsprong van bepaalde diergroepen. Specifieke stadia van sommige van deze dierachtige embryo's lijken aan de buitenkant op het eencellige Protocodium, maar 3D-slicing onthult hoe ze uit veel cellen bestaan. Aan de andere kant zijn er ook talrijke 2D ronde fossielen van onzekere algen of andere verwantschap bekend uit de Ediacaran en oudere perioden, maar in minder detail.

"We weten dat zeewierachtige fossielen minstens een miljard jaar oud zijn", zegt Chai, de eerste auteur van het onderzoek. "Maar tot nu toe maakte het platte, korrelige tweedimensionale behoud het een uitdaging om meer dan algemene morfologische structuren te herkennen."

Groene algen zijn fotosynthetische organismen, wat betekent dat ze licht en koolstofdioxide omzetten in suikers en zuurstof. Ze waren daarom waarschijnlijk belangrijke fundamenten van de vroege ecosystemen van de aarde, en de studie suggereert dat groene algen al vóór de Cambrische explosie in de ondiepe wateren van de wereld waren gevestigd als koolstofdioxiderecyclers en zuurstofproducenten.

Afgezien van zijn kleinere formaat, lijkt Protocodium verrassend identiek aan het moderne Codium, een soort groene algen die in veel zeeën over de hele wereld voorkomt. Bepaalde soorten van dit zeewier zijn notoir invasief, zoals Codium-fragiele ondersoorten tomentosoides, die vanwege het uiterlijk "dodemansvingers" worden genoemd en zich verspreiden samen met commercieel gekweekte schelpdieren. Vanuit een evolutionair perspectief delen groene algen zoals de oude Protocodium en landplanten een gemeenschappelijke voorouder waarvan werd gedacht dat hij ongeveer een miljard tot anderhalf miljard jaar oud was, maar nu waarschijnlijk ouder - de toewijzing van Protocodium zo dicht bij een moderne groep duwt de geschiedenis van het hele plantenrijk terug in de tijd.

"Het is veelzeggend dat zo'n organisme gedurende ten minste 540 miljoen jaar praktisch onveranderd is gebleven", zegt Aria. "Bij de Ediacaran had de evolutie het naar een stabiele adaptieve zone gedreven - het is daar sindsdien comfortabel geweest, en meer dan dat, behoorlijk succesvol. Zozeer zelfs dat Codium tegenwoordig profiteert van de wereldhandel om andere algensoorten gemakkelijk te overtreffen ." + Verder verkennen

Wetenschappers bekijken de eerste dieren op aarde onder de loep